Note:

Le note vengono visualizzate in questa colonna cliccando sul riferimento

Metabolismo energetico: generalità

19/09/2018

Catabolismo e anabolismo

Per metabolismo si intende l’insieme dei processi biochimici necessari alla vita cellulare, cioè ricavare energia e composti elementari dall’esterno (cibo, luce solare e acqua nelle piante) e utilizzarli per produrre le sostanze necessarie al mantenimento e alla riproduzione cellulare (proteine, acido nucleici, ecc.). Il metabolismo si distingue in due fasi tra loro correlate: catabolismo ed anabolismo. Per catabolismo si intende la serie di reazioni di degradazione di sostanze complesse in composti più semplici con una produzione controllata di energia, calore e prodotti di scarto mentre con anabolismo si intende il processo di sintesi di nuove molecole utilizzando l’energia e i composti elementari derivanti dalla fase catabolica.

I sistemi biologici, le singole cellule come gli organismi complessi, devono rispettare le leggi della termodinamica: la prima, che asserisce che l’energia non si crea né si distrugge ma si può solo trasformare e la seconda in cui si afferma che in un sistema isolato il grado di disordine, o entropia può solamente aumentare. Un organismo e il sistema che lo circonda si possono considerare un sistema isolato in cui al maggiore ordine interno dell’organismo corrisponde un maggior disordine complessivo: noi otteniamo energia e produciamo calore (la forma più degradata e “disordinata” di energia) attraverso i processi catabolici e utilizziamo questa energia per creare “ordine” attraverso i processi anabolici, ma il bilancio complessivo non può essere che negativo. In altri termini ogni forma di vita comporta un aumento dell’entropia.

Le reazioni che creano “ordine” sono energeticamente sfavorevoli mentre quelle che creano disordine (entropia) possono avvenire spontaneamente e sono dette energeticamente favorevoli: le prime possono avvenire solo quando sono accoppiate alle seconde, quando cioè sono in grado di sfruttare l’energia liberata da una reazione energeticamente favorevole. Negli organismi queste reazioni accoppiate sono mediate dall’ATP (adenosina trifosfato) che rappresentano la "moneta di scambio energetico" che si ricava dai processi catabolici (esoergonici, che sviluppano energia) in favore dei processi anabolici (endoergonici, che richiedono energia).
La gran parte delle reazioni che avvengono nelle cellule sono reazioni di ossidoriduzione (redox) cioè reazioni che comportano il trasferimento di elettroni da un composto che perde elettroni (si ossida) ad uno che acquista elettroni (si riduce). Un tipico esempio di reazione di ossidoriduzione incontrollata è la combustione dove in brevissimo tempo si libera una grande quantità di energia; anche nei sistemi biologici si “brucia” energia, ma in un modo altamente controllato. A livello biochimico il controllo di queste reazioni si realizza tramite enzimi che permettono di attivare i singoli passi di una reazione e coenzimi (NAD+/NADH, NADP+/NADHP, FAD, ecc.) che sono particolari molecole che fungono da trasportatori di elettroni tra una sostanza e l’altra (una molecola che si ossida e una che si riduce). A livello più alto entrano in gioco altri meccanismi molto complessi che, ad esempio, vedono gli ormoni come effettori: si pensi al ruolo dell’insulina/glucagone nel controllo del metabolismo del glucosio.

Il metabolismo (anabolismo e catabolismo) è organizzato in sequenze di reazioni biochimiche catalizzate da enzimi molto specifici (un enzima è in grado di avviare solo determinate reazioni e non altre) che a partire da un precursore, attraverso un metabolita intermedio, portano ad un prodotto a sua volta precursore di una reazione successiva. Il processo è controllato, oltreché dagli enzimi, anche da meccanismi di feedback, recettori con funzioni inibitorie, ormoni (es. insulina/glucagone, adrenalina) e segnalazioni nervose. Queste sequenze di reazioni biochimiche prendono il nome di vie (pathways) metaboliche e possono essere lineari (reversibili o meno) o cicliche (ciclo di Krebs, ciclo dell’urea). Le vie cataboliche, che partono da lipidi, polisaccaridi (carboidrati) e proteine convergono verso la sintesi di intermedi comuni (acetil-CoA e ciclo di Krebs) e hanno come prodotto finale acqua, anidride carbonica e altri cataboliti che vengono escreti (urea); al contrario, nelle vie anaboliche si parte da poche molecole di base (aminoacidi, zuccheri, ecc.) per “divergere” nella grande varietà di molecole, acidi nucleici e altri composti necessari alla vita cellulare.

I processi metabolici interessano tutte le cellule dell’organismo anche se vi sono organi quali il fegato che svolgono un ruolo centrale e sono sede di alcuni processi specifici (es. ciclo dell’urea).
A monte, se così possiamo dire, dei processi metabolici propriamente detti si colloca il processo digestivo, cioè il processo che provvede alla scomposizione del cibo ingerito in composti elementali tali da poter essere assorbiti dalle cellule della mucosa intestinale e convogliati attraverso il torrente ematico al fegato ed ai tessuti.
I processi metabolici nel loro insieme sono estremamente complessi (la rappresentazione grafica complessiva(1) è piuttosto “spaventevole”) per cui si accenna solamente al metabolismo dei principali nutrienti negli onnivori senza addentrarsi negli aspetti strettamente biochimici.

Sintesi:

  • Catabolismo e anabolismo:
    • Catabolismo: composti complessi (cibo) -> composti elementari + energia + calore
    • Anabolismo: composti elementari -> composti complessi (proteine, acidi nucleici, ecc.) con consumo di energia
  • Le vie cataboliche dei glucidi, delle proteine e dei lipidi sono convergenti; le vie anaboliche sono divergenti
  • i processi metabolici interessano tutte le cellule dell'organismo; alcuni organi (es. fegato) hanno un ruolo particolare e sono sede di specifici processi

Approfondimenti:

Metabolismo dei carboidrati/glucosio

Negli onnivori, la demolizione dei carboidrati in composti più semplici inizia nella bocca ad opera della ptialina (alfa-amilasi prodotta dalle ghiandole salivari e non presente nel gatto) e si completa nell’intestino tenue grazie all’amilasi pancreatica. Il glucosio e altri monosaccaridi vengono assorbiti e passano al sangue che, attraverso il sistema portale, giunge al fegato e di qui al resto dell’organismo. La componente fibrosa dei carboidrati non ha un significato nutrizionale anche se ha un ruolo nel favorire la motilità intestinale.

Il glucosio è una fonte energetica indispensabile che deve essere sempre disponibile primariamente per cervello, eritrociti e muscoli e la sua concentrazione nel sangue deve essere mantenuta costante malgrado la sua assunzione sia discontinua: per questo esistono dei sistemi di “immagazzinamento” del glucosio e di regolazione della glicemia (il livello di glucosio nel sangue).
Nel fegato e nei muscoli scheletrici il glucosio viene in parte trasformato in glicogeno (glicogenesi) che viene mantenuta sotto forma di granuli citoplasmatici: quello presente nelle cellule muscolari viene utilizzato localmente mente la parte stoccata nel fegato può essere mobilizzata (glicogenolisi) ed entrare nel circolo ematico in risposta ad uno stimolo ormonale.
Insulina e glucagone sono i due principali ormoni che regolano il livello di glicemia; altri ormoni quali epinefrina (adrenalina), cortisolo, ecc. stimolano l’aumento della glicemia in particolare in risposta allo stress. In termini schematici, l’insulina favorisce l’assorbimento/utilizzo cellulare del glucosio e la sintesi del glicogeno (azione ipoglicemizzante) mentre il glucagone stimola la trasformazione del glicogeno e dei substrati non glucidici in glucosio attraverso i processi di glicogenolisi (glicogeno-> glucosio) e gluconeogenesi (alcuni aminoacidi e trigliceridi -> glucosio) esplicando così un’azione iperglicemizzante. In altri termini: se il pancreas non produce sufficiente insulina (diabete mellito di tipo I) e/o si instaurano forme di insulino-resistenza (diabete mellito di tipo II) le cellule non assorbono il glucosio ematico e si ha iperglicemia.

A livello cellulare il glucosio viene utilizzato per produrre energia attraverso il processo di glicolisi. Il primo passaggio fondamentale, e snodo di altre vie metaboliche tra cui quelle del pentoso-fosfato cui accenneremo in seguito, è la fosforilazione del glucosio in glucosio-6-fosfato; da qui si ottengono due molecole di piruvato con un modesto guadagno in termini di energia (2 molecole di ATP e NADH). Le molecole di piruvato possono prendere due strade (il cosiddetto “destino del piruvato”). In condizioni aerobie vengono trasformate in Acetil-CoA (altro snodo “centralissimo” dei processi metabolici) e, nei mitocondri, entrano nel ciclo di Krebs (respirazione cellulare) dove vengono degradate in acqua e anidride carbonica con una importante produzione di energia.

Il ciclo di Krebs o ciclo dell’acido citrico avviene nei mitocondri e rappresenta il secondo stadio della respirazione cellulare (il primo è la glicolisi, che avviene nel citoplasma e che ha come prodotto il piruvato). Le molecole di piruvato entrano nei mitocondri e vengono trasformate in un'altra sostanza detta acetil-CoA (gruppo acetilico legato al coenzima A); seguono una serie di reazioni che portano alla produzione di anidride carbonica che viene poi espulsa con la respirazione polmonare, di molecole di ATP, NADH e FADH2 e altri intermedi che possono imboccare diverse vie metaboliche per ritornare al prodotto iniziale (l’ossalacetato). L’ultima fase della respirazione cellulare è costituita dalla fosforilazione ossidativa dove i coenzimi (NAD e FAD), attraverso dei complessi enzimatici delle membrane interne dei mitocondri, avvengono ulteriori reazioni che coinvolgono l’ossigeno che si trasforma in acqua e la produzione di una notevole quantità di energia sotto forma di ATP. (ciclo di Krebs e respirazione cellulare aerobica)

In condizioni anaerobie il piruvato viene invece trasformato in lattato: è il caso dei tessuti muscolari in attività intensa quando non ricevono un’ossigenazione sufficiente, della retina e degli eritrociti che lo producono normalmente. L’acido lattico, attraverso il circolo sanguigno rientra poi nel fegato (ciclo di Cori) dove viene riconvertito in piruvato e di qui in glucosio attraverso il meccanismo della gluconeogenesi tramite l’enzima lattato deidrogenasi (noto come LDH).

La via del pentoso fosfato, che parte del glucosio-6-fosfato, si realizza nel citoplasma in due fasi: la prima porta alla formazione di NADPH e ribosio-5-fosfato precursore alla sintesi dei nucleotidi; nella seconda l’eccesso di ribosio viene riconvertito in intermedi della glicolisi. Questa via è importante negli eritrociti in quanto unica fonte di NADPH che permette di mantenere il ferro nella forma corretta (ridotto). L’equilibrio tra la glicolisi e la via del pentoso fosfato dipende dalle necessità metaboliche del momento: si privilegia la glicolisi quando serve produrre energia mentre la via del pentoso fosfato prevale quando c’è la necessità di sintetizzare nuove molecole e in carenza di NADPH.

La gluconeogenesi, che avviene principalmente nel fegato e in piccola parte nella corteccia surrenale, è il processo che permette di produrre glucosio dal piruvato, dal lattato, dal glicerolo e da alcuni aminoacidi. La gluconeogenesi non è esattamente il processo inverso della glicolisi per via di alcune reazioni diverse e per il fatto che richiede energia anziché produrla.

Sintesi:

  • Il glucosio è ricavato dai carboidrati ma anche da altri fonti proteiche e lipidiche
  • è una fonte di energia indispensabile per tutte le cellule e in particolare per il cervello, muscoli, eritrociti
  • nelle cellule viene utilizzato per produrre energia attraverso la glicolisi e la respirazione cellulare (ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa)
  • si ottiene anche per gluconeogenesi a partire da metaboliti della glicolisi (piruvato) e da altre fonti nutritive (alcuni aminoacidi, glicerolo)
  • viene immagazzinato in forma di glicogeno (glicogenesi) e degradato tramite glicogenolisi
  • la concentrazione plasmatica è regolata da ormoni e in primis da insulina (↓glicemia) e glucagone (↑glicemia)

Approfondimenti:

Metabolismo delle proteine

A differenza dei carboidrati e dei grassi le proteine, o meglio i suoi costituenti che sono gli aminoacidi, in quanto composti azotati non possono essere stabilmente immagazzinati come tali e vengono in parte escreti o convertiti in glucosio e acidi grassi o altri aminoacidi. L’eliminazione dei “prodotti di scarto” del metabolismo proteico avviene attraverso composti azotati (urea, creatinina) che vengono filtrati dai reni ed escreti attraverso le urine. Il controllo del catabolismo proteico è regolato da diversi ormoni tra cui glucocorticoidi, ormone della crescita, ormoni tiroidei. Va ricordato che tutte le proteine necessarie alla vita cellulare vengono sintetizzate a partire da 20 aminoacidi: dieci di questi sono detti “essenziali” in quanto l’organismo non è in grado di sintetizzarli ex-novo o non in quantità sufficienti (anche in reazione alle diverse fasi della vita come ad esempio nell’infanzia/accrescimento) e per questo devono essere assunti con il cibo. Le fonti proteiche della dieta possono essere di origine animale o vegetale: si parla di “proteine nobili” riferendosi alle proteine animali in quanto composte da tutti gli aminoacidi essenziali nelle giuste proporzioni mentre le proteine vegetali (cereali, legumi, ecc.) sono carenti in questo o quell’aminoacido per cui è necessario abbinare, con criterio, fonti vegetali diverse.

Il processo digestivo delle proteine inizia nello stomaco dove l’ambiente fortemente acido (pH 1.5-3) favorisce la denaturazione delle proteine e l’azione proteolitica dell’enzima pepsina. Il processo digestivo prosegue nell’intestino tenue grazie ad una serie di enzimi secreti dal pancreas(2) (tripsina, chimotripsina, ecc.); il processo si completa grazie ad altre proteasi (es. aminopeptidase N) presenti sulla membrana delle cellule del lume intestinale che, attraverso specifici trasportatori assorbono i singoli aminoacidi, e bi-tripeptidi che vengono scissi in singoli aminoacidi negli enterociti per poi convogliarli nel fegato attraverso il sistema portale.

Non bisogna dimenticare che il metabolismo delle proteine non riguarda solo quelle introdotte con la dieta ma anche quelle di origine cellulare (turn-over delle proteine) allo scopo di eliminare proteine difettose o non più necessarie e recuperare gli aminoacidi necessari a sintetizzarne di nuove in una sorta di processo di riciclo. Tra le proteine cellulari che vanno incontro al processo di degradazione si possono ricordare ad esempio l’emoglobina, gli ormoni, gli anticorpi, ecc. Il processo di degradazione avviene sia nei lisosomi (es. per le proteine extracellulari e a lunga emivita) che a livello citoplasmatico con un meccanismo altamente selettivo determinato dal legame dell’ubiquitina (una proteina regolatoria) con la proteina target che innesca un processo proteolitico (si realizza in una struttura denominata proteasoma): si tratta di un processo molto complesso e non del tutto chiarito nelle sue molteplici implicazioni nell’omeostasi cellulare(3). La maggior parte di tutte proteine che vengono degradate in aminoacidi, siano esse provenienti dalla dieta o proteine cellulari, imboccano la via anabolica per la sintesi di nuove proteine mentre la parte restante (circa un quinto) segue la via catabolica da cui derivano energia e prodotti di scarto (urea).

Gli aminoacidi sono caratterizzati dalla presenza di un gruppo amminico (NH2 o N terminus) e un gruppo carbossilico (COOH o C terminus) legati allo stesso atomo di carbonio assieme ad un gruppo laterale (gruppo R) che li distingue. Gli aminoacidi in eccesso che non servono alla sintesi di altre proteine, dei nucleotidi, ecc., non potendo essere accumulati, debbono necessariamente seguire la via catabolica. Il primo indispensabile passo del catabolismo degli aminoacidi consiste nella transaminazione (avviene nei mitocondri e nel citoplasma degli epatociti), cioè nella separazione del gruppo amminico dall’aminoacido aprendo due vie cataboliche: una relativa al gruppo amminico che terminerà nel ciclo dell’urea e una relativa allo “scheletro carbonioso” dei diversi aminoacidi che, attraverso altre reazioni, potranno entrare nel ciclo di Krebs (aminoacidi glucogenici) o dar luogo ai corpi chetonici (aminoacidi chetogenici).
Entrando più in dettaglio, la transaminazione, che avviene nel citosol, consiste nel trasferimento del gruppo amminico di un aminoacido ad un alfa-chetoacido accettore (normalmente alfa-chetoglutarato): è catalizzata dagli enzimi transaminasi (ALT, AST e altre) e si avvale di un cofattore trasportatore del gruppo amminico: il pirossidal-5’-fosfato o PLP, forma attiva della vitamina B6.
Come evidenziato in figura, nelle reazioni di transaminazione si ha sempre la trasformazione di un aminoacido e un chetoacido in un altro aminoacido e in un altro chetoacido. Questa reazione può avvenire nei due sensi (ping-pong): ad esempio possiamo cioè passare dall’alanina al glutammato come dal glutammato all’alanina.

Le reazioni di transaminazione ottengono l’effetto di convogliare i gruppi amminici in un unico composto, il glutammato che, trasportato nei mitocondri degli epatociti, subisce una reazione di deaminazione perdendo il gruppo amminico e producendo nuovamente chetoglutarato e ammoniaca. Attraverso un’altra serie di reazioni note come ciclo dell’urea (8), che avvengono in parte nei mitocondri e in parte nel citosol delle cellule epatiche si ottiene la trasformazione dell’ammoniaca in urea che viene poi escreta per via renale con le urine.

Il ciclo dell’urea, fondamentale per il metabolismo dell’azoto avviene solo del fegato, iniziando nei mitocondri e terminando nel citosol, e consiste in una serie di reazioni il cui prodotto ultimo è l’urea. Il ciclo dell’urea è in relazione con il ciclo di Krebs attraverso un suo intermedio (arginin-succinato) allo scopo di ridurne il costo in termini energetici. Nel primo passaggio si “estrae” lo ione ammonio dai suoi trasportatori (glutammato, glutammina, alanina) sintetizzando il carbamil fosfato, che attraverso altre reazioni porta alla produzione di urea (che viene poi indirizzata ai reni attraverso il sangue per l’escrezione) e ornitina che rientra nel circolo (Biosintesi dell’urea; Zanichelli).

L’ammoniaca non può essere trasportato liberamente nell’organismo in quanto molto tossica specie per i tessuti nervosi quindi deve sempre essere legata ad altri composti per poi essere convogliato al fegato. Uno dei trasportatori di ammoniaca dai tessuti al fegato è a L-glutammina; un'altra via di trasporto è quella del glucosio-alanina. Nei muscoli, il glutammato derivato dalla demolizione delle proteine e il piruvato prodotto dalla glicolisi subiscono la transaminazione (in senso inverso) producendo alanina e chetoglutarato. L’alanina che incorpora lo ione ammonio giunge al fegato attraverso il sangue dove subisce un’altra reazione di transaminazione (in senso diretto) con produzione di glutammato. Il glutammato subisce la deaminazione ed entra nel ciclo dell’urea mentre il piruvato, attraverso la gluconeogenesi, ritorna ai muscoli. Il ciclo del glucosio-alanina e il ciclo di Cori (recupero del lattato) si possono vedere come due esempi di economia e riciclo delle sostanze da parte dell’organismo.

Fin qui abbiamo accennato alle vie seguite dal gruppo amminico; ora vediamo di accennare al destino dello scheletro carbonioso. Ogni aminoacido ha un proprio scheletro carbonioso che segue vie cataboliche diverse che lo portano ad essere degradato a diversi intermedi del ciclo di Krebs (es. piruvato, succinato, ossalacetato, acetil-CoA, ecc.) ed essere utilizzati per la gluconeogenesi, per la chetogenesi(4) o essere completamente degradati. Quando il prodotto della degradazione di un aminoacido può essere utilizzato solo nella gluconeogenesi (es. il succinato che deriva dalla valina) si parla di aminoacido glucogenico altrimenti si parla di aminoacido chetogenico (es acetoacetil-CoA derivato dalla lisina); alcuni aminoacidi possono essere utilizzati in entrambe le vie.

Sintesi:

  • Le proteine sono lunghe catene di aminoacidi formate sempre dai 20 aminoacidi di base diversamente combinati tra loro; una parte di questi aminoacidi sono detti essenziali in quanto l'organismo non è in grado di sintetizzarli e quindi devono essere assunti con la dieta
  • Il metabolismo delle proteine, o meglio degli aminoacidi che le compongono, riguarda sia quelle introdotte con la dieta sia quelle derivanti dal “riciclo” di proteine endogene
  • A differenza di carboidrati e grassi gli aminoacidi non possono essere immagazzinati
  • Gli aminoacidi in eccesso vengono scissi in un gruppo amminico che incorpora lo ione ammonio e nella sua parte carbossilica. Il gruppo amminico subisce delle reazioni di transaminazione e segue la via del ciclo dell’urea mentre i gruppi carbossilici vengono utilizzati per la sintesi di corpi chetonici o per la gluconeogenesi.

Approfondimenti:

Metabolismo dei lipidi

I lipidi rappresentano la principale fonte energetica dell’organismo, sono un componente fondamentale della parete cellulare e precursori di diversi ormoni; possono essere convenientemente immagazzinati negli adipociti e in quanto tali utili alla protezione termica e alla resistenza meccanica del corpo; partecipano inoltre alle vie metaboliche per la produzione del glucosio, ecc.

I lipidi sono una classe di composti organici caratterizzati dall’essere insolubili in acqua (idrofobici) e che presentano una o più catene idrocarburiche. I trigliceridi (circa il 95% dei grassi introdotti con la dieta) sono formati da glicerolo (o glicerina) legati a tre catene di acidi grassi: i mono e digliceridi hanno solo una o due catene. Gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi in funzione del tipo di legame tra le unità carboniose (singolo per quelli saturi, uno o più doppi legami per quelli insaturi): quelli di origine animale sono generalmente grassi saturi mentre quelli vegetali sono insaturi. Gli acidi grassi omega-3 e omega-6 sono derivati da forme diverse dell’acido linoleico e sono detti essenziali in quanto non vengono sintetizzati dall’organismo.
I fosfolipidi sono lipidi legati con un gruppo fosfato che conferisce loro proprietà anfipatiche, cioè sono idrofiliche ad una estremità e idrofobiche dall’altra: caratteristiche che li rende adatte per la formazione delle membrane cellulari (costituite da un doppio strato di fosfolipidi). Altra importante classe di lipidi è quelle degli steroli e in particolare del colesterolo, che sintetizzato principalmente dal fegato, costituisce il precursore degli ormoni steroidei, degli acidi biliari ed è presente nella membrana cellulare.

I lipidi, per via dalla loro idrofobicità, tendono ad aggregarsi in gocce lipidiche che rendono difficili i processi di degradazione ad opera delle sole lipasi gastriche e pancreatiche in quanto queste non riescono a penetrare al loro interno; nel duodeno si aggiungono invece i sali biliari che grazie alla loro natura anfipatica riescono a scindere le grosse gocce lipidiche favorendo l’azione delle lipasi pancreatiche e portando alla formazione di monogliceridi e acidi grassi liberi (questo processo è detto emulsione). Gli ormoni maggiormente coinvolti nella secrezione biliare e pancreatica sono la colecistochinina e la secretina, entrambi prodotti dall’intestino. La secrezione della colecistochinina in particolar modo dipende dalla presenza di grassi introdotti con la dieta e agisce come soppressore della fame a livello cerebrale. Una volta ottenuti monogliceridi e gli acidi grassi liberi, questi sono in grado di penetrare gli enterociti dove si ricombinano nuovamente in trigliceridi e assieme a colesterolo e apolipoproteine vengono aggregati in lipoproteine dette chilomicroni. Questi “contenitori” di trigliceridi escono dagli enterociti per esocitosi e, passando attraverso il sistema linfatico, entrano nel circolo ematico a livello della succlavia e raggiungono i tessuti (principalmente cuore e muscoli) e il fegato. I chilomicroni vengono captati a livello dei capillari dove la lipoproteina lipasi libera glicerolo e acidi grassi che vengono assorbiti dai tessuti, dopodiché, parzialmente “svuotati” vengono assorbiti dal fegato (chilomicroni “remnants”). I chilomicroni vengono prodotti dopo l’assorbimento dei lipidi e restano in circolo solo 2-3 ore, pertanto il loro picco massimo nel sangue è solitamente dopo il pasto.

Da notare che i lipidi, in quanto insolubili, non possono mai circolare come tali nel sangue ma vengono sempre “embedded” in complessi lipoproteici o si legano all’albumina (acidi grassi). Le lipoproteine sono degli aggregati molecolari composti esternamente da lipidi idrofili (fosfolipidi e colesterolo libero) che conferiscono solubilità e da particolari proteine dette apo-proteine che hanno sia la funzione di stabilizzare il complesso che quella di legarsi a specifici recettori cellulari. Si è accennato ai chilomicroni ma esistono anche altri tipi di lipoproteine che assumono nomi diversi sia in funzione della loro densità che per le apo-proteine che li caratterizzano: quelle a maggiore densità sono le HDL in quanto hanno un maggior contenuto proteico e rappresentano il cosiddetto “colesterolo buono” circolante, mentre le LDL hanno bassa densità e un maggior contenuto di “colesterolo cattivo”; le VLDL, assieme ai chilomicroni sono quelle con un maggior contenuto di trigliceridi. Queste lipoproteine servono a trasportare lipidi sintetizzati dal fegato, quelli rilasciati in seguito a lipolisi nelle cellule, a “raccogliere” gli eccessi di colesterolo, ecc.
I trigliceridi stoccati negli adipociti in gocce lipidiche costituiscono una fonte primaria di energia ma prima devono essere scissi in glicerolo e acidi grassi cosa che avviene ad opera di particolari enzimi sotto controllo ormonale (catecolamine, glucagone, ecc.). In seguito a questo processo, detto lipolisi, il glicerolo e gli acidi grassi, legati all’albumina, vengono rilasciati nel torrente circolatorio e distribuiti al fegato ed ai tessuti. Nel fegato il glicerolo entra nei processi di glicolisi da cui si ricava piruvato e di gluconeogenesi da cui si ottiene glucosio. Nei tessuti, gli acidi grassi vengono trasportati nei mitocondri legandoli alla carnitina con funzioni di trasportatore: qui subiscono il processo di beta-ossidazione che porta alla liberazione di molecole di acetil-CoA che a loro volta entrano nel ciclo di Krebs con produzione energia (ATP, NADH, ecc.) oppure, quando l’acetil-CoA è in eccesso, dando origine alla formazione dei corpi chetonici i quali possono essere utilizzati dall’organismo come forme energetiche alternative.

I corpi chetonici (acetoacetato, beta-idrossibutirrato e acetone)(5) sono prodotti dalle cellule epatiche in condizioni di eccesso di acetil-CoA. In condizioni normali l’acetil-CoA si combina con l’ossalacetato e viene utilizzato nel ciclo di Krebs o esportato nel citosol per la sintesi degli acidi grassi; quando si verifica uno squilibrio, l’eccesso di acetil-CoA viene utilizzato per produrre corpi chetonici che entrano in circolo per raggiungere gli organi (cuore, cervello, muscoli) dove vengono utilizzati come fonte energetica oppure vengono eliminati con le urine o con la respirazione (acetone). Se i corpi chetonici superano un certo livello si va incontro a forme di grave squilibrio come nel caso della chetoacidosi metabolica: una grave carenza di insulina causa iperglicemia (le cellule non possono assorbire glucosio) e induce una risposta compensatoria metabolica in direzione dell’utilizzo di acidi grassi con la formazione di corpi chetonici che, in quanto composti acidi non completamente tamponabili abbassano il pH.

Il colesterolo(6) che è il precursore di tutti gli ormoni steroidei, viene assunto solo in piccola parte dalla dieta (15-20%) mentre la maggior parte è prodotto da tutti i tipi di cellule ed in particolare cute, fegato, intestino, cervello e surreni. Il fegato è l’organo deputato alla omeostasi del colesterolo in quanto è l’unico organo che può sia sintetizzarlo che avviare il processo catabolico “riciclandolo” nella bile e captandolo dal circolo ematico attraverso specifici recettori. La sintesi avviene grazie a diverse reazioni che partono dall’acetil-CoA e sono catalizzate da uno specifico enzima (HMG-CoA reduttasi)(7); il colesterolo così sintetizzato viene poi messo in circolo tramite le VLDL o conservarlo in gocce lipidiche intracellulari. Il livello di colesterolo è controllato tramite una ridotta espressione dei recettori per le LDL e della sintesi endogena, nonché attraverso uno strumento di eliminazione attiva quale le HDL. Queste lipoproteine sono prodotte dal fegato come una sorta di “guscio vuoto” che sono in grado di prelevare il colesterolo dalle cellule che ne hanno eccedenza e poi passarlo alle VLDL/LDL o portarlo direttamente al fegato: questo meccanismo è detto trasporto inverso del colesterolo.
Quindi le LDL/VLDL portano il colesterolo ai tessuti mentre le HDL ne rimuovono l’eccesso.

Sintesi:

  • I lipidi rappresentano la più efficiente fonte energetica dell’organismo e sono componenti essenziali delle pareti cellulari e precursori degli steroidi
  • Sono immagazzinati prevalentemente negli adipociti
  • In quanto composti insolubili vengono trasportati racchiusi in lipoproteine o legati all’albumina
  • Il colesterolo viene sintetizzato da tutte le cellule ma è il fegato che ne regola l’omeostasi controllandone la sintesi e il recupero di quello in eccesso tramite le HDL
  • il catabolismo dei lipidi converge sul ciclo di Krebs, quindi sulla produzione di energia; le riserve lipidiche vengono reintegrate anche a partire dai carboidrati (lipogenesi)

Approfondimenti:

Indietro